1

I-1

Cu

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e E

speci

ali

zaci

ón

en

Cie

rre d

e M

inas

y P

asi

vos

Am

bie

nta

les

Curso de Especialización en Cierre de Minas y Pasivos Ambientales

MANEJO DE AGUAS(Jorge Tovar, Hidrogeólogo)

I-2

Cu

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HIDROLOGÍA

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Am

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les

INTRODUCCIÓN

• La hidrología de una región depende de: el clima, la topografía, la geología y la cobertura vegetal.

• El Perú tiene una gran variedad de regiones climáticas y condiciones geográficas.

• Todos los sitios de minas presentan características hidrológicas diferentes entre sí.

• Se deben desarrollar parámetros hidrológicos específicos para el planeamiento y diseño del cierre para cada sitio.

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DATOS HIDROLÓGICOS PARA EL CIERRE

• ¿Qué datos se necesitan?– Precipitación (lluvia o nieve)– Temperatura del aire – Evaporación– Viento (velocidad y dirección)– Radiación solar– Humedad relativa

• ¿Para qué se utilizan?– Diseño de las estructuras de manejo de agua– Balance de agua del sitio de la mina– Evaluación de rendimiento de coberturas de baja

permeabilidad

3

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DATOS DE PRECIPITACIÓN

• ¿Dónde se utilizan?– Estimación de valores de precipitación anual y

mensual– Componente del balance hídrico– Desarrollo de Curvas IDF que sirven para cálculos

de caudales máximos– Estimación de la PMP que sirven para cálculos de

inundación extrema.

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CARACTERÍSTICAS DE LA PRECIPITACIÓN

• Anual y Mensual (para varios períodos de retorno)• Determinación de la época seca y la época húmeda• Curvas de Intensidad-Duración-Frecuencia (IDF)• Precipitación Máxima Probable (PMP)

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DESARROLLO DE VALORES DE PRECIPITACIÓN

– Identificar estaciones regionales cercanas y ubicadas en altitudes y regiones similares con largo plazo de registro.

– Correlacionar las estaciones regionales con datos específicos del sitio (verificación de la aplicabilidad de las estaciones regionales)

– Desarrollo de parámetros específicos para el sitio mediante métodos de regresión.

– Estimación de parámetros para varios períodos de retorno mediante análisis probabilísticos

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DISTRIBUCIÓN DE LA LLUVIA ANUAL

0

100

200

300

400

Mes

Prec

ipita

ción

, mm

100 años, seco 109 136 150 114 58 24 13 20 52 98 78 87 94120 años, seco 123 154 170 128 65 27 15 23 59 110 88 98 1061Promedio (1964-2002) 167 208 230 174 89 37 20 31 79 149 119 133 143920 años, húmedo 220 274 303 229 117 49 27 41 105 197 157 175 1894100 años, húmedo 248 309 341 258 132 55 30 46 118 222 177 198 2136

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Total

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MEDICIONES DE EVAPORACIÓN

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CAUDAL

• ¿DÓNDE LO USAMOS?• Evaluación ambiental

– Caudal ecológico (flujo ambiental mínimo para sustentar la vida acuática)

– Cálculos de mezclado– Manejo de efluentes

• Determinación de escorrentía superficial • Control de inundaciones

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HIDROGRAMA ANUAL

Río Namora - Estación Namora BocatomaÁrea de Cuenca 460 km2 - Elevación Promedio de Cuenca 3,268 msnm

0.0

3.0

6.0

9.0

12.0

15.0

18.0

21.0

24.0

27.0

30.0

Jan-72 Feb-72 Mar-72 Apr-72 May-72 Jun-72 Jul-72 Aug-72 Sep-72 Oct-72 Nov-72 Dec-72Fecha

Cau

dal d

iari

o pr

omed

io, m3 /s

Flujo Promedio Anual

Flujo Máximo Anual

Flujo Base

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VALIDACIÓN DE LOS DATOS HIDROLÓGICOS

• Metodologías empleadas para la selección de estaciones regionales.

• Métodos de control de calidad aplicados a los datos (análisis doble masa, inspección visual, etc.)

• Métodos transparentes para el relleno de datos faltantes (se debe distinguir siempre la data real de la data generada).

• Incluir siempre una discusión acerca del nivel de incertidumbre en los datos de precipitación desarrollados (permite tomar decisiones acerca de los criterios de diseño).

• Ojo: la distribución mensual para un año promedio no es necesariamente igual para un año húmedo o seco (implicancia en el balance de agua).

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HIDROGRAFÍA

• Es el área de recepción de lluvias• Permite delimitar cuencas, subcuencas y microcuencas• Define la hidrografía local y regional• Permite definir las áreas de influencia y responsabilidad

directas• Permite establecer un balance hídrico

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les 8300

000m

N82

0000

0mN

8100

000m

N

8300

000m

N82

0000

0mN

8100

000m

N

200000mE 400000mE300000mE

200000mE 400000mE300000mE

CUENCAILAVE

LAGOTITICACATITICACA

LAGOLAGUNILLASLAGUNILLAS

LAGOSALINASSALINAS

EMBALSEPASTO GRANDEPASTO GRANDE

CUENCALOCUMBA

CUENCASAMA

CUENCAUCHUSUMA

CUENCATAMBO

CUENCAMAURE

CUENCAOSMORE-MOQUEGUA

CUENCACAPLINA

PRINCIPALES CUENCAS

HIDROGRÁFICASDEL SUR DEL

PERÚ

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PARÁMETROS HIDROLÓGICOS EN EL LARGO PLAZO

• ¿Cómo se estiman?– En base a extrapolación de los análisis de frecuencia

de una serie de datos conocida (precipitación, caudal)

– La extrapolación se realiza en base al ajuste con curvas de distribución conocidas:

• Distribución Normal• Distribución Logarítmica Normal • Distribución Pearson III• Distribución Gamma• Distribución Gumbel (de valor extremo)• ¡Muchas otras distribuciones!

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MODELOS HIDROLÓGICOS

• Pasos de una modelación:– Definición del Modelo– Calibración– Verificación– Aplicación

• Modelos típicos para el planeamiento del cierre:– Cálculo de caudales pico– Balance de agua del sitio

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CAUDALES PICO

• La magnitud del caudal pico de una cuenca depende de muchos factores:– Intensidad y duración de la tormenta– Localización y amplitud de la tormenta en la cuenca– Área y forma geométrica de la cuenca colectora– Topografía de la cuenca, las pendientes del cauce

principal y sus tributarios– Geología de la cuenca colectora– Cobertura vegetal y acción antrópica sobre la cuenca– Estado de saturación hídrica antecedente de la

cuenca

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INUNDACIÓN MÁXIMA PROBABLE (PMF)

• Es aquella que puede esperarse de la coincidencia entre la PMP y los demás factores que maximizan la escorrentía

• La PMP se puede definir que sea físicamente posible y que caracterice razonablemente como la mayor profundidad de precipitación estimada analíticamente una región geográfica.

• No se tienen en cuenta los efectos del cambio de clima en el concepto de PMP.

• Existen diferentes metodologías para estimar la PMP (Hershfield, World Meteorological Organization, US National Weather Service)

• La PMP no está asociada a un período de retorno específico.

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BALANCE DE AGUA

Flujos de Ingreso = Flujos de Salida + Almacenamiento del Sistema

• ¿Para qué se utiliza?– Para evaluar cuándo y qué cantidad de efluente

tratado se descargará al ambiente desde una instalación dada.

– Para calcular los requerimientos de almacenamiento de una estructura de manejo de agua.

– Para evaluar los impactos aguas abajo en flujo y calidad durante el post-cierre

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Esquema de Balance de Agua Típico de un Botadero de Desmonte

ESCORRENTÍA DEL

TERRENO EXISTENTE

DIQUE PERIMETRALA LA POZA DE

SEDIMENTACIÓN OESTE

PERDIDA DE FILTRACIONES ALAGUA SUBTERRÁNEA REGIONAL

PÉRDIDA PORABSORCIÓN

INFILTRACIÓN A TRAVÉS DELBOTADERO DE DESMONTE

O CUBIERTA DE CIERRE

FILTRACIONES COLECTADOSPOR DRENES

PRECIPITACIÓN

DIQUE PERIMETRAL A LA POZA DE SEDIMENTACIÓN OESTE

ESCORRENTÍA DEL BOTADERO DE DESMONTE

DRENAJE A POZA DECOLECCIÓN DE DAR

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I-21

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Flujo Promedio Anual Simulado a lo Largo de la Vida de la Mina

0.17

0.18

0.19

0.20

0.21

0.22

0.23

0.24

2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020

Año

Fluj

o Pr

omed

io A

nual

Sim

ulad

o, m

3 /s

Flujo de Línea Base

Flujo Promedio Anual Simulado

OPERACIÓN CIERRE AL CIERRE

Línea Base +10%

Línea Base -10%

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MONITOREO DE FLUJO POST-CIERRE

• Estructuras para el Control del Flujo– Secciones de Control– Canaleta Parshall– Vertederos

• Sensor de nivel de agua + Dispositivo electrónico de almacenamiento de datos

• Regla limnimétrica para control manual• Flujómetro para mediciones manuales• Desarrollo de relaciones flujo-nivel, Q=f(H)• Conversión de niveles en flujos• Todas las estructuras de monitoreo de flujo requieren

mantenimiento periódico (especialmente luego de la época de lluvias)

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I-23

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ESTRUCTURAS DE MEDICIÓN DE FLUJO

Sección de Control

Canaleta Parshall

I-24

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les

ESTRUCTURAS DE MEDICIÓN DE FLUJO (CONT.)

Vertederos Rectangulares

13

I-25

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les

HIDROGEOLOGÍA

I-26

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les

ACUÍFEROS CONFINADOS Y LIBRES

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PERMEABILIDAD DE LA ROCA

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CARSTIFICACIÓN

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les

PROTECCIÓN DEL AGUA SUBTERRÁNEA

• La industria produce sustancias tóxicas. Los derrames y efluentes industriales contaminan el suelo y el agua.

• Necesitamos recursos hídricos seguros, esto implica conocer el suelo y el sistema hídrico subterráneo.

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les

PASOS PARA LA PROTECCIÓN DEL AGUA SUBTERRÁNEA

• Caracterización:Conocer integralmente el lugar.

• Contención:Impedir la movilización del contaminante.

• Remediación:Reparar o restaurar el recurso contaminado.

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I-31

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CONDICIONES HIDROGEOLÓGICASPRE-MINADO

• Estudio hidrogeológico de línea base o inventario de la situación natural de las fuentes de agua (origen, ubicación, caudal, calidad, usos y usuarios)

• Determinación de las áreas de recarga y de flujo del agua subterránea hacia la mina (fallas, fracturas, contactos).

• Identificación de áreas dentro de las instalaciones de la mina, donde se producen aguas ácidas (cuerpos de pirita, relleno hidráulico, desmonte, relaves).

• Estimación de caudales de aguas ácidas y neutras que circulan por dentro de la mina.

• Determinación de las variaciones espaciales de la calidad del agua dentro de la mina.

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FUENTES DE AGUA SUBTERRÁNEA

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USOS Y USUARIOS DE AGUA

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les

AGUA SUBTERRÁNEA AFECTADA POR LA MINERÍA

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I-35

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les

IMPACTOS HIDROGEOLÓGICOS DURANTE EL MINADO

• Desestabilización de suelos• Alteración de cuerpos de agua superficial (cantidad y

calidad)• Alteración de afloramientos de agua subterránea

(cantidad y calidad)

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FORMACIÓN DE AGUA ACIDA EN EL INTERIOR DE LA MINA

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les

EFLUENTE DE MINA DESCARGANDO SOBRE BOTADERO

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les

MOVIMIENTO DE UNA PLUMA DE LIXIVIACION

Botadero

Basamento Impermeable

Pluma

20

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Am

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les

CONTAMINACIÓN DEL AGUA SUBTERRÁNEA

Basamento Impermeable

Botadero

AcuíferoPluma

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Cie

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vos

Am

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les

CAMBIOS EN EL RÉGIMEN HIDROGEOLÓGICO LUEGO DEL CIERRE

Tras el Cierre Desaparece el Cono de Depresión y el Agua Invade Áreas con Sulfuros

21

I-41

Cu

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les

CIERRE DE BOCAMINAS

Cierres de mina que impiden la entrada de aire y permiten el desagüe de la mina

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Cu

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les

INUNDACIÓN DE BOCAMINAS

Tres tipos de taponesImpermeables tanto para el aire como para el agua

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I-43

Cu

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les

FORMACIÓN DE UN LAGO EN UNA MINAA CIELO ABIERTO ABANDONADA

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Cu

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Am

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les

IMPERMEABILIZACIÓN Y DESVÍO DE AGUAS

23

I-45

Cu

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en

Cie

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Am

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les

MODELAMIENTO DEL RÉGIMEN HIDROGEOLÓGICO A LARGO PLAZO

• Predecir el comportamiento del agua subterránea durante el minado

• Establecer las condiciones hidráulicas después del cierre (presiones hidrostáticas, flujos, calidad del agua)

• Evaluar la eficiencia del modelo hidrogeológico conceptual

• Proyectar los efectos potenciales del cierre• Identificar los parámetros hídricos que requieren mayor

investigación para mejorar la definición del sistema de flujo del agua subterránea

• Existen diversos softwares de modelación

I-46

Cu

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les

DOMINIO DEL MODELO NUMÉRICO

24

I-47

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les

MALLA DEL MODELO NUMÉRICO

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les

CONDICIONES DE BORDE DEL MODELO

25

I-49

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Am

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les

DISCRETIZACION VERTICAL DEL MODELO

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les

MONITOREO HIDROGEOLÓGICOPOST-CIERRE

• Sonda para registro manual en piezómetros• Sensor de nivel de agua con Data Logger para

almacenamiento de datos• Registro de presiones hidrostáticas en tapones• Mapeo e inventario de filtraciones• Registro de caudales de filtraciones• Las estructuras de monitoreo requieren mantenimiento

periódico• Responsable del monitoreo

26

I-51

Cu

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les

POZO TÍPICO DE MONITOREO DE

AGUAS SUBTERRÁNEAS

Tapa MetálicaBase de Concreto

Napa Freática

Tubo PVC

Bentonita

Tubo PVCRanurado

I-52

Cu

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TECNICAS DE MANEJO DE AGUAS DE MINA

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I-53

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TÉCNICAS PREVENTIVAS APLICABLES AMINAS SUBTERRÁNEAS

• Reducción de la infiltración de agua desde superficie• Intercepción de aguas subterráneas• Sellado de grietas y sondajes• Separación de aguas ácidas y neutras• Instalación de sistemas de drenaje• Clausura de bocaminas y galerías, cierre e inundación

de minas

I-54

Cu

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vos

Am

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les

PREVENCIÓN DEL DRENAJE ACIDO

• Limitación de la cantidad de agua dentro de la mina.• Modificación de los cursos de agua• Reducción del nivel de oxígeno en la mina

28

I-55

Cu

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les

TÉCNICAS PREVENTIVAS

El rediseño de la superficie contribuye eficazmente a reducir la infiltración de aguas superficiales en una mina abandonada

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Cu

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les

TÉCNICAS PREVENTIVAS APLICABLES AMINAS A TAJO ABIERTO

• Desviación de aguas superficiales y de escorrentía• Compactación del terreno e impermeabilización de

bancos y accesos• Drenaje de aguas superficiales y subterráneas

29

I-57

Cu

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Am

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les

TÉCNICAS PREVENTIVAS PARA RELAVERAS Y BOTADEROS

• Desviación de aguas superficiales y de escorrentías• Compactación e impermeabilización de la superficie del

depósito• Manipulación selectiva del estéril, colocación de lechos de

caliza e inyección alcalina• Construcción de conductos de drenaje

I-58

Cu

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La manipulación selectiva puede impedir la contaminación del agua subterránea

MANIPULACIÓN SELECTIVA DEL ESTÉRIL

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I-59

Cu

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TÉCNICAS CORRECTORAS

I-60

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INUNDACIÓN CON NEUTRALIZACIÓN NATURAL

Mediante sondeos, puede forzarse la entrada de agua alcalina natural en la mina inundada

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I-61

Cu

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Napa Freática

Desecho

Basamento Rocoso

Descarga aguas subterráneas

Uso de pozos de extracción para remover las aguas subterráneas contaminadas

DESCONTAMINACIÓN DE AGUAS SUBTERRÁNEAS

Pluma

I-62

Cu

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CONTENCIÓN DE CONTAMINANTES

Métodos:

• Zanjas de Infiltración

• Pantallas de

bentonita• Pantallas de

concreto• Barreras de

geomembrana

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I-63

Cu

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BARRERA VERTICAL CON

GEOMEMBRANA

I-64

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EMPLAZAMIENTO CIRCULAR

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I-65

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Muchas Gracias